自动检测技术及应用第3版 梁森3自动检测技术课件（第3章）2017-2-23.ppt

机电类《自动检测技术》第三章多媒体课件统一书号： ISBN 978-7-111-34300-4 课程配套网站或 2017年4月版 第三章 电感传感器 本章介绍自感传感器和差动变压器的结构、分类、工作原理、特性参数、测量转换电路、零点残余电压、相敏检波电路、差动整流电路，电感传感器用于微小位移的测量等。介绍电流输出型传感器，以及一次仪表和二线制仪表的相关知识。也简单介绍了磁电式传感器的原理及应用。 第三章 电感传感器 目录 3.1 自感传感器 3.2 差动变压器传感器 3.3 电感传感器的应用 3.4 磁电式传感器的原理及应用 第一节 自感传感器 电感传感器可分为自感式和互感式两大类。电感式传感器通常是指自感传感器。 自感系数常用L来表示，简称自感或电感。线圈的自感与线圈的直径、长短、匝数等因素有关。线圈面积越大、线圈越长、单位长度匝数越密，它的自感就越大。有铁芯的线圈的自感比没有铁芯时大很多。 自感的单位是亨利,简称亨,符号是H。常用的较小的单位有毫亨(mH)和微亨(μH)。 自感传感器的数值多为mH数量级。 先看一个实验： 电感传感器的基本工作原理演示 F 电感传感器的基本工作原理演示 气隙减小，电感变大，电流变小 变隙式电感传感器的基本工作原理 当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感L及感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心闭合时，气隙δ变小，磁阻变小，电感L变大，电流I减小。 自感式电感传感器常见的形式 a）变隙式 b）变截面角位移式 c）螺线管式 1－绕组 2－铁心 3－衔铁 4－测杆 5－导轨 6－工件 7－转轴 变极距式电感传感器的特性近似双曲线 减小铁心与衔铁之间的有效投影面积，在较小的范围内，电感成比例减小。 变面积式电感传感器 也称为变截面式电感传感器。必须保持气隙δ固定不变，电感L是气隙与固定铁心之间的有效投影截面积A的函数。 电感传感器的输出特性 a）变隙式电感传感器的?-L特性曲线 b）变面积式电感传感器的A-L特性曲线 1－实际输出特性 2－理想输出特性 螺线管式电感传感器 螺线管是具有多重卷绕的导线，卷绕内部可以是空心的，或者有一个磁芯。当有电流通过导线时，螺线管中间部位会产生比较均匀的磁场。作为传感器，螺线管电感传感器的主要元器件是一只螺线管和一根可移动的圆柱形衔铁。衔铁插入绕组后，将引起螺线管内部的磁阻的减小，电感随插入的深度而增大。 螺线管式电感传感器的线性区 对于长螺线管（l r），当衔铁工作在螺线管接近中部位置时，可以认为绕组内磁场强度是均匀的，此时绕组的电感量L与衔铁插入深度成正比。螺线管越长，线性区就越大。螺线管式电感传感器的线性区约为螺线管长度的1/10。测杆应选用非导磁材料，电导率也应尽量小，以免增加铁磁损耗和电涡流损耗。 例：采用螺线管电感传感器测量直径为100mm的工件是否合格，被测工件的最大允许误差为± 1.5mm， 求：应选长度大于多少毫米的螺线管？ 解：ΔD=2×1.5mm=3mm，则螺线管长度为： l 3mm×10倍=30mm（不包括外壳）。 电感传感器的灵敏度 1－绕组 3－可动衔铁 4－测杆 6－被测工件 差动电感传感器 当衔铁偏离中间位置时，两个绕组的电感一个增加,一个减小,形成差动形式。 差动电感传感器动作演示 由于两个绕组的结构完全对称， 电磁吸力以及温漂相互抵消。 采用差动型式的优点 差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。 线性度改善，灵敏度增加一倍。 差动电感传感器的特性 二、电感传感器的测量转换变压器桥路 1－衔铁的位移曲线 2－激励源波形 3－交流电桥的输出波形 4－普通检波之后的直流平均值 5－相敏检波之后的直流平均值 采用相敏检波电路的必要性 检波：将交变信号转换为直流平均值。 检波电路的作用是将电感的变化转换成直流电压或电流，以便用仪表指示出来。但若仅采用电桥电路配以普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出电压的相位和位移的方向。 如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映幅值（位移的大小），还可以反映输出电压的相位（位移的方向）。这种检波电路称为相敏检波电路。 普通的整流电路及波形 只能得到单一方向的直流电，不能反映被整流信号的相位。 一种典型的相敏检波电路（电路模块） 参考电压UR起相敏开关电路作用，并能克服检波二极管死区电压对小信号检波的影响。 相敏检波电路的输出波形比较 第1根信号波形为传感器输出电压us的波形，被被测物的低频振动所调制；第2根为参考电压UR的波形，（大于